«Колючая зона» — запорожский клуб любителей кактусов
     Классификация Энциклопедия Галерея Советы по уходу Клуб кактусоводов Ссылки


Кактусы и искусственное освещение

Под влиянием света в растениях протекают и такие процессы, как, например, фототропизм, фотоморфогенез, фотопериодизм. При исследовании недостаточного или дефектного роста и развития растений в искусственных условиях, имитирующих природные, было установлено, что причиной обычно является недостаток светового излучения нужного спектрального состава, потому что требования отдельных видов растений влажности, теплу и т. д. обеспечить значительно легче. Из всего спектра солнечного излучения для фотосинтеза растений реальное значение имеет лишь узкая полоса от 400 до 800 нм, что приблизительно соответствует интервалу длин волн, которые воспринимаются человеческим глазом как видимое излучение — свет. В биологии растений используются такие фотометрические понятия, как свет, интенсивность освещения и др. Однако нужно подчеркнуть, что эти понятия вытекают из оценки излучения человеческим глазом, тогда как растения «оценивают» излучение совершенно иным способом. При замене одного источника излучения другим, имеющим иной спектральный состав, нужно подбирать параметры излучения так, чтобы был достигнут тот же эффект «фотосинтетически активной радиации» ФАР. При фотосинтетических процессах потребляются значительные количества ФАР, составляющие 60-120 вт/м2, а случае кактусов и больше (опыт показал, что некоторым видам «не мешает» и 200 вт/м2). Следует напомнить, что речь идет об энергии ФАР, а не о мощности светового источника. Установлено, что растения, освещенные солнцем, поглощают около 85% энергии падающего светового излучения и 25% падающего инфракрасного излучения. Из этого количества при фотосинтезе потребляется приблизительно 1%, остальные 99% затрачиваются на испарение воды для поддержания теплового равновесия и на различные химические превращения при метаболизме.

Дифференциация отдельных областей спектра по физиологическому действию

Интервал длин волн, (нм) Характер поглощения растениями Физиологическое действие
>1000 поглощается водой, содержащейся в тканях не оказывает специфического действия, полностью превращается в тепловую энергию; не оказывает существенного влияния на биохимические процессы.
1000–720 поглощается незначительно обуславливает удлиненный рост.
720–610 очень сильно поглощается хлорофиллом сильное действие при фотосинтезе, максимальное действие при фотопериодизме.
610–510 слабое поглощение малое действие при фотосинтезе, слабое формирующее действие.
510–400 очень сильно поглощается хлорофиллом и каротиноидами сильное действие при фотосинтезе, сильное формирующее действие.
400–315 поглощается хлорофиллом и протоплазмой не оказывает специфического действия, незначительное действие при фотосинтезе.
315–280 поглощается протоплазмой сильное формирующее действие, сильное влияние на физиологические процессы; обуславливает некоторые биосинтезы.
<280 поглощается протоплазмой при больших дозах действует губительно.

Фотосинтез

Фотосинтез протекает при всех длинах волн видимого излучения, но особенно интенсивно в интервалах 510- 400 нм (сине-фиолетовая область) и 720-610 нм(красно-оранжевая область). Действенность и результат фотосинтеза зависят от целого ряда условий и обстоятельств, например, от строения устьиц, возраста растения, количества питательных веществ, температуры окружающей среды, количества воды, но прежде всего от количества падающей на растение фотосинтетически активной радиации. Однако существует определенная граница освещенности — точка насыщения, при которой дальнейшее увеличение инсоляции растения не приводит к повышению интенсивности фотосинтеза. В противоположном случае, когда степень инсоляции близка к нижней границе, при которой фотосинтез еще возможен, растения деформируются, вытягиваются, приобретают желтоватую окраску. Такие растения называются этиолированными.

Требования к осветителям для растений

Инсоляция растений искусственным освещением проводится для того, чтобы оказать влияние на фотосинтез, фотопериодизм или одновременно на оба процесса. Эта задача и определяет технические параметры источников света, к которым относятся следующие:

  • эффективность источника (количество лучистой энергии с фотосинтетическим и фотопериодическим действием, приходящееся на единицу мощности);
  • цена источника;
  • светоотдача выпускаемых источников (световые потоки);
  • устойчивость излучаемого спектра в зависимости от срока эксплуатации;
  • зависимость интенсивности светового потока от напряжения и срока эксплуатации;
  • сложность электромонтажа (дроссель, стартер).

Источники излучения

Лампа накаливания.
В спектре лампы накаливания мощностью 60 Вт. интенсивность излучения в УФ-области совершенно незначительна и наибольшая часть энергии приходится на ИК-излучение, большие количества которого вредны для растений. С энергетической точки зрения спектр ламп накаливания неблагоприятен для выращивания растений. В ФАР превращается приблизительно 4,5% мощности рассматриваемой лампы. Светоотдача ламп накаливания изменяется приблизительно от 8 лм/вт. (лампа 25 Вт) до 14 лм/вт. (лампа 200 вт.).

Люминесцентные лампы
Еще недавно считались одним из наилучших источников искусственного освещения для выращивания растений. Они имеют низкую температуру поверхности, практически не излучают в УФ и ИК областях спектра. Их спектр относительно легко приспособить к требованиям фотосинтеза и с их помощью можно достигнуть равномерного освещения растений. В ФАР превращается12-20% мощности (в зависимости от вида и типа люминесцентной лампы). Отрицательным свойством люминесцентных ламп является малая плотность излучаемого светового потока. Для достижения более высоких интенсивностей освещения требуется большое количество люминесцентных ламп на 1 м^2 освещаемой поверхности. Максимальная освещенность, которую можно достигнуть с помощью этих ламп, составляет приблизительно 5000 люкс.

Ртутные газоразрядные лампы высокого давления.
Спектр имеет значительные полосы в синей области, красная область представлена сравнительно хуже. В ФАР превращается около 18% мощности. Светоотдаче, составляет приблизительно 58 лм/вт. Недостатком ламп этого типа является меньшая энергия излучения в красной области спектра и довольно высокая температура поверхности. Ртутные газоразрядные лампы высокого давления. Подходящим подбором галогенидов некоторых металлов можно изменить спектральное распределение излучения. В ФАР превращается15-25% мощности в зависимости от типа и вида лампы. Светоотдача достигает 75 лм/вт. Недостатком является более сложный электромонтаж и высокая температура поверхности лампы.

Натриевые газоразрядные лампы высокого давления.
Представляют наиболее эффективные световые источники. В ФАР превращается 33 % мощности. Излучаемый спектр очень богат в области 600-700 нм. Сравнительно хуже представлена коротковолновая УФ область. Светоотдача превышает 100 лм/вт. Благодаря малой интенсивности излучения в УФ области эти лампы в настоящее время являются наиболее подходящими световыми источниками для целей фотосинтеза. Они имеют большую светоотдачу и наиболее благоприятное спектральное распределение излучаемой энергии. Позволяют достигнуть освещенности 50-70 тысяч люкс. Недостатком является более сложный монтаж и высокая температура поверхности лампы. Для площади около 0,6 м2 и высоты подвеса лампы 0,5 м достаточно одной лампы мощностью 250 вт. Неравномерность освещенности при этом будет составлять 1:2, а средняя интенсивность освещения достигнет 10000 люкс. Затраты на, приобретение светового источника в этом случае больше, чем в случае освещения люминесцентными лампами.

Из практики

При посевах и выращивании сеянцев прежде всего возникает вопрос о том, какими лампами целесообразнее пользоваться — люминесцентными или натриевыми. Оказалось, что каждая из них имеет свои плюсы и минусы. Если говорить о спектральном составе света, то он оптимален у люминесцентных ламп. При этом желательно, чтобы на пути светового потока не было оптических препятствий (фильтров), которыми могут служить, например, прозрачный футляр лампы, крышка посевного сосуда. Каждое такое препятствие на пути светового потока действует как селективный фильтр, т. е. неравномерно отфильтровывает определенную часть спектра, соответственно своим оптическим свойствам. С этой точки зрения, наименее благоприятен посев в стеклянные банки для консервирования, которые имеют толстые стенки и сделаны из очень плохого (в оптическом смысле) стекла. Поглощение лучистой энергии здесь может достигать 50%, а селективное пропускание такого стекла приводит к значительному ухудшению спектра в более коротковолновой (синей) области спектра. Другим преимуществом люминесцентных ламп является невысокая температура их поверхности. Недостатком этих ламп является малая плотность светового потока, о которой говорилось выше. В результате этого сеянцы некоторых растений непомерно вытягиваются, что затрудняет пикирование, а главное сопряжено с потерями при пикировании. Почти трехлетний опыт использования натриевых газоразрядных ламп привел к выводу, что использовании их для освещения прорастающих семян и всходов оказывается благоприятным не для всех родов кактусов (во всяком случае при освещенности 10000 люкс) Примером могут послужить опыты с посевами гимнокалициумов, которые проводились при освещении люминесцентными и натриевыми лампами. В опыте использовали большое количество всхожих семян многих видов Gymnocalycium. После обычных процедур посеяли их в коробочки с крышками из синтетического материала в стерильную землю. Под натриевой газоразрядной лампой не взошло почти ничего, тогда как под люминесцентными лампами всхожесть тех же семян была удовлетворительной (в среднем 70%). После первого пикирования разделили сеянцы на две части. Одну часть оставили под люминесцентными лампами, а другую поместили под натриевую лампу, туда, где освещенность минимальна (около 9000 люкс.). Эти сеянцы очень хорошо развивались, росли больше в ширину, чем в высоту, окраска их эпидермиса соответствовала окраске зрелых растений, выращенных в оранжерее, а колючки были более мощными. чем бывают обычно у экземпляров, выращенных в оранжерее. Сеянцы октябрьского посева, которые в мае перенесли в оранжерею, имели диаметр от 5 до 10 мм (в зависимости от вида), а их высота не превышала 5 мм. Та часть сеянцев, которая оставалась под люминесцентными лампами, начала тянуться вверх, их окраска оставалась светло-зеленой, а колючки были более короткими и развивались хуже. В мае эти сеянцы были выше, чем сеянцы, росшие под натриевой лампой, некоторые сильно вытянулись (Gymn.gibbosum), но имели почти такой же объем. При опытах старались выдерживать постоянными все условия роста, за исключением освещения. Из других родов, которые сеяли при освещении натриевой лампой, были успешными посевы Ariocarpus, Bartshella, Discocactus, Reicheocactus, не успешными — посевы Notocactus, Parodia, Rebutia. Отлично прошли посевы Astrophytum, Krainzia, Melocactus, Euphorbia. В случае лофофор, так же, как и в случае гимнокалициумов, для прорастания семян более благоприятным оказалось освещение люминесцентными лампами. Некоторые виды Mammillaria успешно прорастали под натриевыми лампами, некоторые — нет. Во всех приведенных случаях семена были здоровыми и всхожими. Часть фитотрона, освещаемую натриевой лампой, использовали для зимнего размещения мелокактусов и дискокактусов и некоторых др. родов. Эти условия вполне удовлетворяют требованиям роста, так что всю зиму кактусы находятся в состоянии вегетации. Эти растения были помещены на площадку, где освещенность составляет 25000 люкс, а температура 450С. Очевидно, что такие условия благоприятны этим видам. Мелокактусы и оройи имели красивые колючки и удалось заставить оройи расти в ширину, а не в высоту. Пробовали оставлять на зимовку под натриевой лампой 1-3-летние сеянцы многих видов кактусов. Такая зимовка оказалась очень благоприятной для растений родов Islaya, Lophophora, Pseudolobivia, Ariocarpus, Solisia, Mammillaria, Ferocactus, Gymnocalycium, Reicheocactus. У всех растений наблюдались такие же признаки, какие описаны раньше для гимнокалициумов. Потерь практически не было: в процентном отношении они составляли десятые доли. По наблюдениям, зимовка сеянцев под натриевой лампой очень содействует здоровому развитию кактусов в их «детские годы», когда они склонны к различного рода заболеваниям и часто погибают. Думается, что это — более целесообразный путь, чем прививки кактусов и их повторное укоренение.

Подготовил Дмитрий Петров